(57)【要約】【課題】フアン、ブロアを駆動するためのＤＣブラシレスモータの駆動回路にかかり、特に可変速度で駆動できるもので広い可変速度領域において高効率で運転可能なものを得る。【解決手段】通電角制御のためマイコンを設け、ホール信号の切り替えタイイングを監視し、速度指令値と現在速度との差を算出し、ある条件に従い各相の通電開始と停止のタイミングを通電信号制御装置に指令し、通電信号が誘起電圧の最大値付近に発生させる。【選択図】    図1
2006101573.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石を有する回転子と、該回転子の永久磁石と空隙を介して対向し適宜の巻線を備えた固定子と、前記永久磁石の磁極位置を検出するための磁極位置検出器（ホール素子）と、該磁極位置検出器（ホール素子）の出力信号により前記巻線の通電電流を制御するための通電制御回路とを備えるＤＣブラシレスモータの駆動回路で、マイコンに形成され、速度指令信号により通電制御素子の通電角を制御して、回転数を変更できるものにおいて、前記磁極位置検出器（ホール素子）の出力信号より現在速度を検出する回路と、該現在速度の検出回路の出力と前記速度指令信号との差を算定する回路と、前記差の値により通電角を制御するＯＦＦ区間の時間を制御する回路とを備え、全区間における通電ＯＦＦ区間が同じ長さの前半のＯＦＦ１と後半のＯＦＦ２に分けられ、通電タイミングはホール信号により通電相が切替わった時からＴ２（速度指令値と現在値との差から算定した時間）後に通電を開始し、経過時間がＴ３に達したら通電を停止するように制御することで、全区間の通電時間配分は前半のＯＦＦ区間ＯＦＦ１と通電区間ＯＮと後半のＯＦＦ区間ＯＦＦ２区間の合計となり、速度指令値が変化しても常に誘起電圧が高い領域にて通電することができるように構成されたこと、を特徴とするＤＣブラシレスモータの駆動回路。
【請求項２】
請求項１に記載された駆動回路で、駆動回路に設けられた通電制御回路がユニポーラ駆動方式であること、を特徴とするのＤＣブラシレスモータの駆動回路。
【請求項３】
請求項１に記載された駆動回路で、駆動回路に設けられた通電制御回路がバイポーラ駆動方式であること、を特徴とするＤＣブラシレスモータの駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フアン、ブロアを駆動するためのＤＣブラシレスモータの駆動回路にかかり、特に可変速度で駆動できるもので広い可変速度領域において高効率で運転可能なものに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近のフアン、ブロアにおいては、ハイパワーで尚かつ可変速度の要求が高まっており、可変速領域も高速から低速までの広い範囲で要求される。
これに対し、従来技術ではＰＷＭ制御方式や通電角制御方式にて対応してきたが、ＰＷＭ制御方式では高速領域での制御時に、パワー素子のスイッチング損失による発熱が問題となり、通電角制御方式では低速時の効率悪化や振動大の問題があった。
【０００３】
現行の通電角制御方式について説明する。図３は、通電角制御方式の要部を示し、信号の時間関係を示すもので、巻線の誘起電圧ｖとＡ相巻線の通電信号ａとＢ相巻線の通電信号ｂと、巻線の電流ｉで示してある。
そして、トルクは誘起電圧と巻線電流の積により決まる。ホール素子１の出力信号は永久磁石の磁束により決定され、誘起電圧も永久磁石の磁束により決まるので、時間変位は同じであるから、誘起電圧の波形は図に示すように左のゼロから＋方向に始まり右方向に進行し、最大値になり反転して減少し、ゼロ線を過りー方向に増加してー方向の最大値になり反転して減少してゼロ線に達し１サイクルが終わる。
ホール素子信号も誘起電圧信号と同じで、ゼロ線を過る毎に信号の極性が反転する。ホール素子の信号により通電相が切替わるのである。
回転速度を制御するには、このホール信号の有効時間を制御して通電時間を制御しトルクを制御するのである。
図３において、Ａ相巻線の通電信号が、ゼロ線から右方向にある長さ破線で示めされてあり、ある時刻で実線に変わり、ゼロ線でゼロとなり、次の半サイクルはＡ相の出力は出ないからゼロで推移し、次ぎの半サイクルで前と同じように出力する。
Ｂ相巻線の通電信号は、Ａ相の通電信号と半サイクルずれて発生している。そしてモータの電流ｉは、各相の通電信号が＋の領域にあるときに発生している。
ここで、回転数を増加させるためにトルクを増加させるには、Ａ相及びＢ相通電信号の破線部分を減少させ、通電時間を増加させればよい。また逆に回転数を減少させるには通電信号の破線部分を増加させ、通電時間を減少させればよい。
図３の状態で各相コイルの通電が開始するときの誘起電圧の様子は電圧の最大値から減少状態に移行した後であることがわかる。
【０００４】
この方式で回転数を制御する場合には、通電開始のタイミングが誘起電圧の最大値となる前であれば高速範囲で制御され、最大値より後であれば低速範囲で制御されることとなり、高速範囲での場合は効率が高く、低速範囲の場合は効率が低くなる。
【０００５】
このような従来技術に対し、高速領域から低速領域の全ての領域において各相の通電区間を誘起電圧の最大値付近に設定できるようにすれば、全ての速度領域で高い効率で運転できる制御方式が提供できる。
【特許文献１】特開２０００−３４１９２５号    多速度ＤＣブラシレスモータ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
現在実施されている通電角制御方式では、ホール素子信号により相切替したときからＯＦＦ区間を設け、ＯＮ時間を変調することにより可変速度制御をしている。
そのため、図３に示すように、低速側での通電タイミングは、誘起電圧が降下する領域で、ＯＮとなるため効率が悪く、また振動も大である。
このような従来技術に対し、高速領域から低速領域のすべての領域において各相の通電区間を誘起電圧の最大値付近に設定できるようにして、全ての速度領域で高い効率で運転できる制御方式を提供するのが本発明の課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述した低速側の問題に対して、過去に問題解決として提案された技術で特開２０００−３４１９２５号が開示されているが、この技術は部品の点数が増加する点や、ある特定の低速回転数でのみの対応であるため、全ての可変速領域内での問題解決にはならないものであった。
【０００８】
本発明においては、通電角制御のためにマイコンを設け、ホール信号の切り替えタイミングを監視し、速度指令値と現在速度との差を算出し、ある条件に従い各相の通電開始と停止のタイミングを通電信号制御装置に指令し、通電信号が誘起電圧の最大値付近に発生するようにさせることにより、全ての回転数領域において高い効率で運転が可能となる。
【０００９】
本発明においては、マイコンにホール素子の出力信号と、速度指令信号発生回路の出力とを接続し、各相の駆動信号を各相の通電制御素子に接続し、各相の通電制御素子を各相の巻線に接続して構成し、マイコンを図２に示したフローチヤートに従い制御する。
【００１０】
図１は本発明になる制御回路の要部の電圧、電流の時間経過による変化を示すタイミングチャートで、巻線の誘起電圧、ホール信号の電圧、Ａ相駆動信号、Ｂ相駆動信号、電流波形を夫々示し、図１においてＴ１は１パルス前のパルス時間、Ｔ２は速度指令値と現在回転数との差、Ｔ３はＴ１−Ｔ２の値を示す。
図２に示すフローチャートによりその動作を説明する。
【００１１】
１：ホール信号の切り替えタイミングを監視する。
２：速度指令値と現在速度との差を算出する。
３：指令値＞現在値であれば前半ＯＦＦ区間設定用Ｔ２から今回の差分を引き、この値をＴ２に格納する。
指令値＜現在値であれば前半ＯＦＦ区間設定用Ｔ２に今回の差分を足し、その値をＴ２に格納する。
指令値＝現在値であれば、Ｔ２の値はそのままにする。
４：１パルス前の相時間Ｔ１からＴ２を引きＴ３に格納する。
５：相切替りからの経過時間がＴ２に設定した値になるまで駆動信号をＯＦＦにする。
６：経過時間がＴ２に達したらホール信号に見合った側の相駆動信号をＯＮにする。
７：相切り替りから経過時間がＴ３に設定した値になるまで駆動信号をＯＮにする。
８：経過時間がＴ３に達したら駆動信号をＯＦＦにする。
１に戻る。
【発明の効果】
【００１２】
このように制御を行うことで、全区間における通電ＯＦＦ区間が同じ長さの前半のＯＦＦ１と後半のＯＦＦ２に分けられ、通電タイミングはホール信号により通電相が切り替わったときからＴ２（速度指令値と現在値との差から算定した時間）後に通電を開始し、経過時間がＴ３に達したら通電を停止するように制御することで、
全区間の通電時間配分は前半のＯＦＦ区間ＯＦＦ１と通電区間ＯＮと後半のＯＦＦ区間ＯＦＦ２区間の合計となり、速度指令値が変化しても常に誘起電圧が高い領域にて通電することができるため、高効率の運転が可能であり、スイッチング損失による発熱やノイズの発生といった問題も解決できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に本発明を実施するための形態を示す。
【００１４】
図４は本発明になるマイコンによる通電角制御の高効率化を実現するためのブロック図である。
図において、１は磁気検出器のホール素子出力信号変換部、２は速度指令信号変換部、３はマイコン、４はパワー素子駆動回路、５は出力段パワー素子部、６は固定子巻線である。
【００１５】
図４に示された３のマイコンには、１のホール素子出力信号変換部からの出力が接続され、速度指令信号が２の速度指令信号変換部を介して接続されている。
【００１６】
４のパワー素子駆動回路には、３のマイコンから速度指令信号に合わせた駆動信号が入力され、その入力信号を５の出力段パワー素子部へ出力し、それを受けた５の出力段パワー素子部の駆動動作によって６の固定子巻線へモータ電流を供給している。
【００１７】
上述の説明では、１個のホール素子と、２個の出力段パワー素子により２個の巻線に交互に通電するで、単相ユニポーラ駆動方式と呼ばれ、回路は最も簡単であるが、モータの巻線はユニポーラ駆動用に特別の巻線を施す必要がある。
４極４スロットの単相モータでは、一般に４個の巻線を２組に分け、それぞれに交互に電流を流すようにしている。
２極モータの場合には、同一スロットの中に２本の電線を巻き込むバイファイラ巻線にする。
二つの巻線は交互に通電されるので巻線の利用効率が悪い。
【００１８】
フアン、ブロアに対しても、高効率化の要求が厳しくなり、その解決策として単相バイポーラ駆動方式が増加している。一つの巻線に双方向の電流を流すため双方向駆動回路が必要となり、回路は少し複雑となるがＩＣ化により解決している。モータの巻線は、一つのスロット１個の巻線でよいから、電線を太くすることができる、よってユニポーラ駆動に比べ銅損を減らすことができる。
この場合はハイサイド側の出力段パワー素子を制御する構成により実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明になるＤＣブラシレスモータの駆動回路は、フアン、ブロアの駆動に応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明になるＤＣブラシレスモータの通方式による制御回路における要部の誘起電圧、ホール信号、駆動信号、電流の関係を示すタイミングチャートである。
【図２】本発明になるＤＣブラシレスモータの制御回路に使用されるマイコンの動作を説明するフローチャートである。
【図３】従来技術になるＤＣブラシレスモータの通電角制御方式による制御回路における要部の誘起電圧、ホール信号、駆動信号、電流の関係を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明になるマイコンによる通電角制御の高効率化を実現するためのブロック図である。
【符号の説明】
【００２１】
１      ホール素子出力信号変換部
２      速度指令信号変換部
３      マイコン
４      パワー素子駆動回路
５      出力段パワー素子部
６      固定子巻線
【図１】
2006101573.tif 000003
【図２】
2006101573.tif 000004
【図３】
2006101573.tif 000005
【図４】
2006101573.tif 000006